Question

10．某研究性学习小组对Cu与H₂SO₄反应的产物种类和性质进行探究．
Ⅰ．产物种类探究
在铜与浓硫酸反应的过程中，发现有黑色物质出现，经查阅文献获得下列资料．
资料1：X射线晶体分析表明，铜与浓硫酸反应生成的黑色物质为中的一种或两种．
资料2：

硫酸/mol•L-1	黑色物质出现的温度/°C	黑色物质消失的温度/°C
15	约150	约236
16	约140	约250
18	约120	不消失

（1）由上述资料2可得出的正确结论是abd（选填下列字母编号）
a．铜与浓硫酸反应时所涉及的反应可能不止一个
b．硫酸浓度选择适当，可避免最后产物中出现黑色物质
c．该反应发生的条件之一是硫酸浓度＞15mol•L^-1
d．硫酸浓度越大，黑色物质出现越快，越难消失
（2）Cu与足量16mol•L^-1浓硫酸反应时，在80°C以后，随着温度的逐渐升高，反应中硫酸铜的生成逐渐增加，而CuS却逐渐减少，到达250°C左右时，CuS在反应中完全消失的澄清溶液，CuS消失的化学方程式为CuS+4H₂SO₄=CuSO₄+4SO₂↑+4H₂O．
Ⅱ．产物性质探究
Cu与浓H₂SO₄反应生成的CuSO₄具有某些特定性质，一定浓度CuSO₄溶液与NaHCO₃溶液反应后生成蓝绿色颗粒状沉淀，沉淀可能是CuCO₃，Cu（OH）₂，或者CuCO₃与Cu（OH）₂的混合物．
（1）若沉淀是Cu（OH）₂，生成沉淀的离子方程式是Cu²⁺+2HCO₃^-=Cu （OH）₂↓+2CO₂↑．
（2）为了进一步探究沉淀的成分，设计的实验装置如图：
实验操作步骤为
a．取沉淀样品100克于B中，检查装置的气密性
b．打开K₁，K₃，关闭K₂，K₄，通入足量空气
c．关闭K₁，K₃，打开K₂，K₄，充分反应
d．反应结束后，关闭K₂，打开K₁，再通入足量空气
e．测得装置D的质量增加了22g
①步骤b的作用是排尽装置中空气中的CO₂使测定结果准确
②若沉淀样品为CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物，则Cu（OH）₂的质量分数为38%，若不进行步骤d，则会使测得Cu（OH）₂的质量分数为偏低（填“偏高”“无影响”“偏低”）

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）图表数据分析铜和浓硫酸反应过程中会生成黑色物质证明有副反应，浓度合适会避免黑色固体出现，浓度越大，温度越高黑色越难消失；
（2）CuS消失是和浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；
Ⅱ、（1）沉淀为氢氧化铜的是碳酸氢钠和硫酸铜在水溶液中发生双水解生成分析；
（2）①空气中含有二氧化碳，空气通过氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，利用除去二氧化碳的空气，打开K₁、K₃，关闭K₂、K₄，排除装置中的含二氧化碳气体的空气，避免测定误差的产生；
②若沉淀样品的质量为m g，若沉淀样品为纯净物，则判断沉淀为CuCO₃，装置D的质量增加了n g，为二氧化碳气体质量，依据碳元素守恒得到mn的关系；若假设三正确，依据生成的二氧化碳物质的量减少碳酸铜质量，根据样品质量计算得到氢氧化铜的质量分数．

解答 解：Ⅰ、（1）依据图表数据分析可知，浓度不同时出现黑色物质的时间随浓度增大减小，浓度为18mol/L时生成的黑色物质不能消失；
a．分析过程可知．发生的反应过程中生成二氧化硫和硫酸铜的反应过程中有奇谈反应发生生成黑色物质，铜与浓硫酸反应时所涉及的反应可能不止一个，故A符合；
b．图表数据分析可知硫酸浓度选择适当，可避免最后产物中出现黑色物质，故B符合；
c．浓硫酸和铜的反应浓度小于15mol/L也可能出现黑色物质，出现的时间长，该反应发生的条件不一定是硫酸浓度≥15mol•L^-1，故C不符合；
d．图表数据中，18mol/L的浓硫酸，出现褐色物质的时间短，黑色物质难以消失，所以硫酸浓度越大，黑色物质越快出现、越难消失，故d符合；
故答案为：abd；
（2）CuS消失是和浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：CuS+4H₂SO₄=CuSO₄+4SO₂↑+4H₂O，
故答案为：CuS+4H₂SO₄=CuSO₄+4SO₂↑+4H₂O；
Ⅱ、（1）沉淀为氢氧化铜的判断依据是碳酸氢钠和硫酸铜在水溶液中发生双水解生成，反应的离子方程式为Cu²⁺+2HCO₃^-=Cu （OH）₂↓+2CO₂↑，
故答案为：Cu²⁺+2HCO₃^-=Cu （OH）₂↓+2CO₂↑；
（2）①空气中含有二氧化碳，空气通过氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，利用除去二氧化碳的空气，打开K₁、K₃，关闭K₂、K₄，排除装置中的含二氧化碳气体的空气，避免测定误差的产生；
故答案为：排尽装置中空气中的CO₂使测定结果准确；
②若沉淀样品的质量为100g，若沉淀样品为CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物，依据生成的二氧化碳物质的量计算减少碳酸铜质量，根据样品质量计算得到氢氧化铜的质量分数=$\frac{100g-\frac{22g}{44g/mol}×124g/mol}{100g}$×100%=38%，若不进行步骤C，生成的二氧化碳气体中含有水蒸气，被装置D吸收后称量得到二氧化碳质量增大，计算得到碳酸铜质量增大，氢氧化铜的质量减小，则会使测得结果质量分数偏低，
故答案为：38%；偏低．

点评 本题考查了物质组成和性质的分析判断，实验过程分析，沉淀生成的原理，掌握基础是关键，题目难度中等．